Adhesión para niños
La adhesión es la propiedad de la materia por la cual se unen y plasman dos superficies de sustancias iguales o diferentes cuando entran en contacto, y se mantienen juntas por fuerzas intermoleculares.
La adhesión ha jugado un papel muy importante en muchos aspectos de las técnicas de construcción tradicionales. La adhesión del ladrillo con el mortero (cemento) es un claro ejemplo.
La cohesión es distinta de la adhesión. La cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos.
Contenido
Energía superficial
La energía superficial se define convencionalmente como el trabajo que se requiere para construir un área de una superficie particular. Otra forma de ver la energía superficial es relacionarla con el trabajo requerido para escindir una muestra a granel, creando dos superficies. Si las nuevas superficies son idénticas, la energía o tensión superficial (γ) de cada superficie es igual a la mitad del trabajo de escisión: γ = (1/2)W.
La energía superficial es proporcional a la adhesividad del material. Si las superficies son desiguales, se aplica la ecuación de Young-Dupré: W12 = γ1 + γ2 – γ12, dónde γ1 y γ2 son las energías superficiales de las dos nuevas superficies, y γ12 es la energía interfacial.
Esta metodología también se puede utilizar para discutir la escisión que ocurre en otro medio: γ12 = (1/2)W121 = (1/2)W212. Estas dos cantidades de energía se refieren a la energía que se necesita para dividir una especie en dos partes mientras está contenida en un medio de la otra especie. Del mismo modo para un sistema de tres especies: γ13 + γ23 – γ12 = W12 + W33 – W13 – W23 = W132, dónde W132 es la energía de separar la especie 1 de la especie 2 en un medio de la especie 3.
Una comprensión básica de la terminología de energía de división, energía superficial y tensión superficial es muy útil para comprender el estado físico y los eventos que suceden en una superficie determinada, pero como se analiza a continuación, la teoría de estas variables también arroja algunos efectos interesantes que conciernen a la practicidad de las superficies adhesivas en relación con su entorno.
Mecanismos de adhesión
Cinco mecanismos han sido propuestos para explicar por qué un material se adhiere a otro.
Adhesión mecánica
Los materiales adhesivos rellenan los huecos o poros de las superficies manteniendo las superficies unidas por enclavamiento. Existen formas a gran escala de costura, otras veces a media escala como el velcro y algunos adhesivos textiles que funcionan a escalas pequeñas. Es un método similar a la tensión superficial
Adhesión química
Dos materiales pueden formar un compuesto al unirse. Las uniones más fuertes se producen entre átomos donde hay permutación (enlace iónico) o se comparten electrones (enlace covalente). Un enlace más débil se produce cuando un átomo de hidrógeno que ya forma parte de una partícula se ve atraída por otra de nitrógeno, oxígeno o flúor, en ese caso hablaríamos de un puente de hidrógeno. La adhesión química se produce cuando los átomos de la interfaz de dos superficies separadas forman enlaces iónicos, covalentes o enlaces de hidrógeno.
El principio de la ingeniería detrás de adhesión química en este sentido es bastante sencillo: si las moléculas de superficie se pueden unir, a continuación, las superficies se unen entre sí por una red de estos enlaces. Cabe mencionar que estas fuerzas iónicas y covalentes atractivas son eficaces sólo en distancias muy pequeñas - de menos de un nanómetro . Esto significa que, en general, no sólo las superficies que se quieren unir estén muy próximas entre sí, sino también, que estos enlaces sean bastante frágiles, ya que las superficies a continuación deben mantenerse juntas.
Adhesión dispersiva
En la adhesión dispersiva, dos materiales se mantienen unidos por las fuerzas de van der Waals: la atracción entre dos moléculas, cada una de las cuales tiene regiones de carga positiva y negativa. En este caso, cada molécula tiene una región de mayor carga positiva o negativa que se une a la siguiente de carga contraria. Este efecto puede ser una propiedad permanente o temporal debido al movimiento continuo de los electrones en una región.
En la ciencia de superficies el término "adhesión" siempre se refiere a una adhesión dispersiva. En un sistema sólido-líquido-gas normal (como una gota de un líquido sobre una superficie rodeada de aire) el ángulo de contacto es usado para cuantificar la adhesividad. En los casos donde el ángulo de contacto es bajo la adhesión está muy presente. Esto se debe a que una mayor superficie entre el líquido y el sólido conlleva una energía superficial mayor.
Adhesión electrostática
Algunos materiales conductores dejan pasar electrones formando una diferencia de potencial al unirse. Esto da como resultado una estructura similar a un condensador y crea una fuerza electrostática atractiva entre materiales.
Adhesión difusiva
Algunos materiales pueden unirse en la interfase por difusión. Esto puede ocurrir cuando las moléculas de ambos materiales son móviles y solubles el uno en el otro. Esto sería particularmente eficaz con las cadenas de polímero en donde un extremo de la molécula se difunde en el otro material. También es el mecanismo implicado en sinterización. Cuando el metal o cerámica en polvo se somete a presión y se calienta, los átomos difunden de una partícula a otra. Esto hace que se homogeinice el material.
La unión por difusión se produce cuando las especies de una superficie penetran en una superficie adyacente sin dejar de ser unido a la fase de su superficie de origen. La libertad de movimiento de los polímeros tiene un fuerte efecto en su capacidad para entrelazarse, y por lo tanto, en la unión por difusión. Por ejemplo, los polímeros reticulados son menos capaces de difundir porque se unen entre sí en muchos puntos de contacto, y no son libres de girar en la superficie adyacente. Los polímeros reticulados, por el contrario, son más libres para pasear en la fase adyacente al extender las colas y los lazos a través de la interfaz.
Una vez al otro lado de la interfaz, las colas y los bucles forman enlaces favorables. Si bien estos pueden ser frágiles, son bastante fuertes cuando se forma una gran red de estos enlaces. La capa más externa de cada superficie desempeña un papel crucial en las propiedades adhesivas de dichas interfaces, ya que incluso una pequeña cantidad de interdigitación - tan poco como uno o dos colas de 1,25 angstroms de longitud - puede aumentar los enlaces de van der Waals en un orden de magnitud.
Véase también
En inglés: Adhesion Facts for Kids
